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第四章　電磁振蕩與電磁波 章末素養提升
物理觀念 LC振蕩電路 1.電容器的電荷量、電壓、電場強度、電場能的變化規律 2.電路中的電流，線圈中的磁感應強度、磁場能的變化規律 3.周期：T＝____________，頻率f＝____________
電磁場與電磁波 1.麥克斯韋電磁場理論 2.電磁波的形成：電磁場由近及遠地向外傳播 3.電磁波的特點
無線電波的 發射和接收 1.發射端 2.接收端
電磁波譜 波長由長到短：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線
科學思維 1.會定性解釋振蕩電流周期性變化的原因 2.類比機械振動，推理得到振蕩電流是一種交變電流
科學探究 能根據實驗現象及結果提出問題；能通過實驗收集關于電磁波如何發射與接收的信息；能解釋赫茲的實驗及電磁波的發射與接收；有主動與同學交流的積極性
科學態度 與責任 了解麥克斯韋和赫茲對電磁學發展的貢獻，認識電磁理論對現代生活及科技的影響
例1　“小蜜蜂”是老師上課常用的擴音設備，隨著無線電技術的應用，很多老師用上了藍牙“小蜜蜂”(藍牙屬于電磁波)，麥克風與擴音器不用導線連接，老師拿著麥克風在教室中間說話，放在講臺上的擴音器也能工作，下列說法正確的是(　　)
A．“小蜜蜂”只能接收到來自麥克風的信號
B．麥克風只要有變化的電場，就一定能發出藍牙信號
C．“小蜜蜂”接收電磁波時，通過調諧使接收電路中出現電諧振現象
D．麥克風回路可通過增大發射電磁波的波長來提高LC振蕩電路發射電磁波的本領
例2　紅外測溫槍與傳統的熱傳導測溫儀器相比，具有響應時間短、測溫效率高、操作方便防交叉感染(不用接觸被測物體)的特點。下列關于紅外測溫槍的說法中正確的是(　　)
A．紅外測溫槍工作原理和水銀體溫計測量原理一樣都是利用熱脹冷縮原理
B．紅外測溫槍能接收到的是身體的熱量，通過熱傳導到達紅外測溫槍進而顯示出體溫
C．紅外測溫槍利用一切物體都在不停地發射紅外線，而且發射紅外線強度與溫度有關，溫度越高發射紅外線強度就越大
D．紅外線也屬于電磁波，其波長小于紫外線的波長
例3　中國6G技術專利數量全球遙遙領先。6G通信采用比5G頻段(109 Hz)高出很多的太赫茲頻段(1011～1013 Hz)電磁波傳播數據，傳輸能力比5G提升100倍。與5G頻段電磁波相比，6G頻段電磁波(　　)
A．傳播時的波長長
B．真空中傳播的速度大
C．容易繞過高樓等障礙物
D．光子的能量大
例4　(2022·江蘇省天一中學期末)下列說法中正確的是(　　)
A．只有物體溫度較高時，才能向外輻射紅外線
B．紫外線殺菌能力較強
C．可見光比紅外線容易發生衍射現象
D．X射線可以在磁場中偏轉
例5　(2022·南京外國語學校期末)如圖甲所示，LC電路中，電容C為0.4 μF，電感L為1 mH。已充電的平行板電容器兩極板水平放置。開關S斷開時，極板間有一帶正電灰塵恰好處于靜止狀態。當開關S閉合時，回路中的振蕩電流i－t圖像如圖乙所示，不計電路產生的內能及電磁輻射，g取10 m/s2。
(1)LC電路振蕩電流的周期T＝________ s；
(2)經2π×10－5 s時，電容器內灰塵的加速度大小為________ m/s2；
(3)線圈中電流最大時，灰塵的加速度大小為________ m/s2；
(4)回路的磁場能在減小，且電容器上極板帶負電，則回路應在________時間段(選填“Oa”“ab”“bc”或“cd”)；
(5)灰塵在碰到極板之前，它的速度________________(選填“不斷增大”“不斷減小”“周期性增大”或“周期性減小”)，加速度最大的時刻可能為______________。
章末素養提升
物理觀念 LC振蕩電路 1.電容器的電荷量、電壓、電場強度、電場能的變化規律 2.電路中的電流，線圈中的磁感應強度、磁場能的變化規律 3.周期：T＝2π，頻率f＝
電磁場與電磁波 1.麥克斯韋電磁場理論 2.電磁波的形成：電磁場由近及遠地向外傳播 3.電磁波的特點
無線電波的 發射和接收 1.發射端 2.接收端
電磁波譜 波長由長到短：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線
科學思維 1.會定性解釋振蕩電流周期性變化的原因 2.類比機械振動，推理得到振蕩電流是一種交變電流
科學探究 能根據實驗現象及結果提出問題；能通過實驗收集關于電磁波如何發射與接收的信息；能解釋赫茲的實驗及電磁波的發射與接收；有主動與同學交流的積極性
科學態度 與責任 了解麥克斯韋和赫茲對電磁學發展的貢獻，認識電磁理論對現代生活及科技的影響
例1　“小蜜蜂”是老師上課常用的擴音設備，隨著無線電技術的應用，很多老師用上了藍牙“小蜜蜂”(藍牙屬于電磁波)，麥克風與擴音器不用導線連接，老師拿著麥克風在教室中間說話，放在講臺上的擴音器也能工作，下列說法正確的是(　　)
A．“小蜜蜂”只能接收到來自麥克風的信號
B．麥克風只要有變化的電場，就一定能發出藍牙信號
C．“小蜜蜂”接收電磁波時，通過調諧使接收電路中出現電諧振現象
D．麥克風回路可通過增大發射電磁波的波長來提高LC振蕩電路發射電磁波的本領
答案　C
解析　因為藍牙屬于電磁波，周圍空間存在其他電磁波信號，所以“小蜜蜂”不只接收到了來自麥克風的信號，A錯誤；均勻變化的電場產生恒定的磁場，不能產生電磁波信號，B錯誤；“小蜜蜂”接收電磁波時，需要接收電磁波的LC振蕩電路的固有頻率與電磁波的頻率相同，從而發生電諧振，C正確；減小發射電磁波的波長，則會提高頻率，可以提高LC振蕩電路發射電磁波的本領，D錯誤。
例2　紅外測溫槍與傳統的熱傳導測溫儀器相比，具有響應時間短、測溫效率高、操作方便防交叉感染(不用接觸被測物體)的特點。下列關于紅外測溫槍的說法中正確的是(　　)
A．紅外測溫槍工作原理和水銀體溫計測量原理一樣都是利用熱脹冷縮原理
B．紅外測溫槍能接收到的是身體的熱量，通過熱傳導到達紅外測溫槍進而顯示出體溫
C．紅外測溫槍利用一切物體都在不停地發射紅外線，而且發射紅外線強度與溫度有關，溫度越高發射紅外線強度就越大
D．紅外線也屬于電磁波，其波長小于紫外線的波長
答案　C
解析　自然界所有的物體，無時無刻不在向外輻射紅外線，溫度越高，紅外線強度越大，紅外線屬于電磁波。紅外測溫槍接收到人體輻射出的紅外線，通過波長、強度與溫度的關系，就可以得到人體的溫度，而水銀體溫計是利用熱脹冷縮的原理工作的，A、B錯誤，C正確；紅外線波長大于紫外線波長，D錯誤。
例3　中國6G技術專利數量全球遙遙領先。6G通信采用比5G頻段(109 Hz)高出很多的太赫茲頻段(1011～1013 Hz)電磁波傳播數據，傳輸能力比5G提升100倍。與5G頻段電磁波相比，6G頻段電磁波(　　)
A．傳播時的波長長
B．真空中傳播的速度大
C．容易繞過高樓等障礙物
D．光子的能量大
答案　D
解析　6G信號的頻率大于5G信號的頻率，根據c＝λf可知，6G信號的波長比5G信號的波長短，A錯誤；6G信號和5G信號在真空中傳播的速度相同，B錯誤；6G信號比5G信號波長短，6G信號比5G信號更不容易繞過障礙物，C錯誤；電磁波頻率越高，其光子的能量越大，D正確。
例4　(2022·江蘇省天一中學期末)下列說法中正確的是(　　)
A．只有物體溫度較高時，才能向外輻射紅外線
B．紫外線殺菌能力較強
C．可見光比紅外線容易發生衍射現象
D．X射線可以在磁場中偏轉
答案　B
解析　任何物體在任何溫度下均會向外輻射紅外線，故A錯誤；紫外線的主要作用是化學作用和熒光作用，其中化學作用主要用于殺菌消毒，故B正確；可見光的波長小于紅外線的波長，故可見光相對紅外線不容易發生衍射現象，故C錯誤；X射線是電磁波，不帶電，不能在磁場中偏轉，故D錯誤。
例5　(2022·南京外國語學校期末)如圖甲所示，LC電路中，電容C為0.4 μF，電感L為1 mH。已充電的平行板電容器兩極板水平放置。開關S斷開時，極板間有一帶正電灰塵恰好處于靜止狀態。當開關S閉合時，回路中的振蕩電流i－t圖像如圖乙所示，不計電路產生的內能及電磁輻射，g取10 m/s2。
(1)LC電路振蕩電流的周期T＝________ s；
(2)經2π×10－5 s時，電容器內灰塵的加速度大小為________ m/s2；
(3)線圈中電流最大時，灰塵的加速度大小為________ m/s2；
(4)回路的磁場能在減小，且電容器上極板帶負電，則回路應在________時間段(選填“Oa”“ab”“bc”或“cd”)；
(5)灰塵在碰到極板之前，它的速度________________(選填“不斷增大”“不斷減小”“周期性增大”或“周期性減小”)，加速度最大的時刻可能為______________。
答案　(1)4π×10－5　(2)20　(3)10　(4)cd　(5)不斷增大　(4n＋2)π×10－5 s(n＝0,1,2,3…)
解析　(1)根據題意，由公式T＝2π可得，LC電路振蕩電流的周期為T＝4π×10－5 s。
(2)開關斷開時，灰塵恰好靜止，則有mg＝qE
當t＝2π×10－5 s＝時，電流i＝0，電容器極板的帶電荷量最大，則有qE＋mg＝ma
解得a＝2g＝20 m/s2。
(3)電流最大時，電荷量為0，灰塵只受重力作用，則有
a＝g＝10 m/s2。
(4)根據題意可知，回路的磁場能在減小，且電容器上極板帶負電，則回路應在cd時間段。
(5)根據題意可知，t＝0時，灰塵受到的靜電力向上，且有Eq＝mg
0～內，電容器放電，電場強度E減小，則灰塵開始向下加速，～內，電容器反向充電，電場反向，則灰塵受到靜電力向下，灰塵繼續向下加速，～T內，電容器反向放電，灰塵受到靜電力仍然向下，灰塵繼續向下加速，T～T內，電容器正向充電，灰塵受到向上的靜電力，但靜電力小于灰塵的重力，則灰塵繼續向下加速，綜上所述，灰塵在碰到極板之前，它的速度不斷增大。
根據題意可知，當灰塵受到向下的靜電力最大時，電容器內灰塵的加速度最大，由題圖可知，當電容器反向充電結束時，即t＝T＋nT(n＝0,1,2,3…)
加速度最大，則加速度最大的時刻可能為
t＝(4n＋2)π×10－5 s(n＝0,1,2,3…)。

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